定向钻穿越工程

定向钻穿越工程

施

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方

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目录

一、编制说明 (1)

二、工程概况 (1)

三、工程设计 (4)

四、施工组织管理 (6)

五、施工仪器和设备 (8)

六、施工工艺流程、技术方案 (10)

七、现场勘察 (23)

八、施工安全保证措施 (27)

九、施工质量保证措施 (38)

十、工期保证措施 (40)

十一、环境保护措施 (41)

十二、文明施工保证措施 (43)

十三、施工承诺 (44)

一、编制说明

1.编制依据

根据设计图纸以及现场实际情况，在严格遵守有关技术规范的前提下，结合本公司施工经验，编制本工程施工组织设计，编制依据如下：

①现场实际情况；

②国家及地方、行业现行的有关施工及验收规范（规程）:

《水平定向钻进管线铺设工程技术规范》CSTT

③国家及地方安全生产、文明施工的规定和规范。

2.编制原则

①按项目法施工原则进行管理和施工，严格执行有关的施工规范

和验收规定、按设计图纸施工；

②定创优目标，严格执行各项施工保证措施，确保工程质量，实

行安全生产、文明施工，争创安全达标，文明施工样板工程；

③用先进的施工技术装备，选择合理的施工方案，确保施工组织

设计的合理性，可行性，突出工程的重点，难点；

④制定施工所需的劳动力、材料、施工机具、确定施工最合理的

平面布置方案。

二、工程概况

1.工程简介

本工程项目为中压燃气管线接入工程定向钻顶管穿越工程。设计敷设管线需穿越小浃江，设计采用水平定向穿越施工：

过市政道路金阳大街，燃气管道Ф323.9钢管×8孔，长度约为：约920米；（详见施工平面示意图）。

2.地层情况

一般线路段管道施工范围内工程地质层自上而下主要为：①1层杂填土、②3层粘土、③1层淤泥质粉质粘土，本工程定向钻穿越主要通过的地层为淤泥质粉质粘土层。

三. 工程设计

1. 力学计算

管自重为：G=ρgv

管在孔内所受的浮力为：F浮=ρ泥浆gV泥浆

管所受的侧摩阻力为：F摩=（F浮-G）×f

管子回拖时的粘着力为：F粘=31.4×D×f粘

拖管时扩孔的阻力为：F扩=62.8×D

拉管时管道承受的最大拉力为：F总= F摩+ F粘

P-管材的屈服极限强度（兆帕）

S-管材的横截面积（平方米）

D-管材的外径（米）

ρ-管的密度（千克/立方米）

g-重力加速度9.8牛顿/千克

v-管材体积（立方米）

ρ泥浆-泥浆密度（千克/立方米）

V泥浆-管材排开泥浆的体积（立方米）

f-管在泥浆中与管表面的粘着力系数一般取0.2-0.3

f1-泥浆粘附在管表面的粘着力系数一般取0.002-0.003 根据上式可计算处1孔Ф323.9管×920米，考虑到由于平面弯曲而引起的拉力增加等因素，选用DDW350型水平导向钻机进行施工。

2.钻孔曲线设计

由于管径较大，导向孔的轨迹施工尤为重要，按导向顶管有关规范进行，确保孔轨迹符合要求。

3.泥浆配置

本工程采用CETCO公司生产的定向钻专用膨润土和泥浆添加剂，以提高造浆率和成

孔质量。

A.膨润土：Hydraul EZ (易钻)

作用：作为制浆的基本元素；提升泥浆悬浮钻屑的能力，使得钻屑能够在泥浆中，

随泥浆循环流出钻孔，保持孔内清洁；稳定孔壁，防止塌孔。

B.聚合物：Insta Vis Plus（万用王）

作用：包覆粉砂土颗粒，抑制粉砂土松散坍塌，提高携带性和护壁性能。

泥浆的粘度应符合下列要求：

水平定向钻井液混合配比表

四. 施工组织管理

1.施工指导思想和管理目标

①施工指导思想

以技术为先导，以质量求生存，以市场求发展，创造优质工程，降低工程成本，缩短施工工期，为业主提供一流服务。

②管理目标

要求达到“四个第一”：服务水平第一、工程质量第一、企业信誉第

一、管理水平第一。

2.施工目标

①质量目标：

严格遵守施工合同规定的质量要求，克服困难、确保合格、争创优良。

②进度工期目标

严格遵守施工合同规定的施工期限，本工程施工在开工后15个工作

日内完工。

③安全目标：

本工程施工将保证施工安全，不发生任何安全问题和任何质量问题，并做到规范施工，文明施工。

3.施工准备

①首要的是思想教育工作：

每个管理者和施工人员必须树立良好的管道工人形象，从生活作风，施工环境保护，社会公德等方面体现出我公司员工的精神风貌，创造一个优质工程，为当地人民留下美好的印象。因此，对管理者和施工人员做好思想教育和素质教育工作，加强组织纪律，强化规范管理，严格按设计和规程施工。

②做好施工进场，设备开机准备工作

设备，人员及相应器材进驻施工现场，做好安全方面工作。做好开机钻导向孔前相关的准备工作。根据设计及前期勘查确定出入土点，并开挖好相应工作坑。

设备，人员进驻工地前，首先要对施工现场进行勘查，对地下原有管线的走向，埋深，管径清楚确定，对不明管线应找有关单位进行核实，确保原管线安全。设备，人员进场后，要准确定位钻机，根据设计要求有步骤地完成每一道工序。

施工人员岗位组织结构图如下所示：

五. 施工仪器和准备

1. 工程施工的主要设备

钻机采用DDW350型非开挖顶管钻机一台，各种直径的挤扩头3个，其主要技术性能指标为：

长度 730cm

宽度 230cm

高度 230cm

操作重量 8.5T

最大主轴扭矩 7000Nm

实际回拖力 270KN

钻杆长度 3m

2. 定向导向仪器

采用美国DCI公司生产的月蚀导向仪定位系统。

3. 其他设备，仪器

20KW 发电机

一台污水泵

一台40吨拖车

一辆2吨卡车

二辆五十铃汽车

一台MPL-H7LE型管线探测仪

一套经纬仪

一台测距仪

二台水平仪

二台水准仪

4.保证机械出勤率的措施

（1）根据工期要求，施工前期要以机械顶管工程为龙头，配合土方机械、砼搅拌设备、配电设备等做好进场组织工作，并保证进场设备的完好使用状态。

（2）配备足够的常用机具设备，如泥浆泵、发电机等，由负责施工的施工队自行配备，做到施工现场，人到机到，保证加工制作需要，并配置足够的备用机械。

（3）所有大型、专用机械设备，如凯斯钻机，挖掘机，吊车，统一由公司调集进场，并做好大型设备的进场、路路调查和保证措施。

（4）专用设备、大型设备的操作人员要定人定机，由培训的操作、驾驶司机从事施工，确保设备安全和工程质量。

（5）做好备用设备计划，保证应急需要。

（6）做好维修保养工作，使所有用于施毁的机械处于良好的运转状

态。

六. 施工工艺流程，技术方案

1. 工程施工顺序

2. 技术交底、测量放线，平整场地及钻机定位

开工前应请业主和设计单位进行施工设计交底，把握设计意图，明确设计要求，对新结构、新材料、新工艺、新技术要重点了解，澄清疑点，做到心中有数，同时进行现场调查，核实施工设计及工程地质情况，进行设计图纸审核，结合现场施工条件，编制实施性施工组织设计，进行施工技术交底：

根据甲方提供的设计图纸测量，放线。如遇到复杂地质状况或要避开地下原有管线需变更的，可依照变更进行。测量结束后，完成“三通一平”工作即把钻机定位好，准备下钻。

施工流程：

地下管线探测→进场→导向→回扩（焊管）→回拖→管口处理→退场进场：

进退场时要有确保机械设备安全的措施。钻机上下车辆时要有专人指挥，预防滑出轨道而倾覆。吊车起吊物件亦设司索工专人监护。

回拖：

回扩孔径达到设计要求，且拉力、扭矩降到安全范围之内时便可回拖。回拖时要摆顺各条管的顺序并做好标记。一般回拖时会溢出大量泥浆，要做好泥浆排放的准备工作管口处理：

拖完管两边管口顺序摆正后用塞口塞牢管口，外套尼龙袋用铁丝扎牢，预防泥浆倒灌管内。

3. 工作坑开挖、基坑支护止水、导水和排水施工措施

管线查清后，参照管线图纸和设计图纸，开挖工作坑。预铺设管段的两段的工作坑应先挖好至所需大小，并沿钻进方向留出下钻孔位。工作坑的主要作用是囤积泥石钻屑，方便拆装钻具及熔接管等。

本工程地下水丰富，管道施工前应进行基坑止水、导水和排水施工，以降低地下水对工程施工的影响。

基坑止水施工

本工程基坑支护采用拉森钢板桩，拉森钢板桩除支护作用外，其防水作用是本施工方案采用拉森钢板桩的重要原因。

根据公司以往的施工经验，施工合格的拉森钢板桩完全能达到防水的效果。

基坑导水、排水施工

地下水位高于开挖沟槽槽底高程的地区，施工时应采取降低地下水位的措施，防止开挖后沟槽失稳。降低地下水位的方法，应根据该地区土层的渗透能力、降水深度、施工设备条件等选定。地下水位应降至槽底最低点以下0.3-0.5m，沟槽内不得积水，严禁在水中施工。

在建筑物附近降低地下水位时，应采取预防措施，防止施工对建筑物产生影响。管道敷设完成后，进行回填土作业时，不得停止降低地下水。待管道坑稳定固结后，方可停止降低地下水。

管道定位测量和放线结束后，经建设单位和监理单位等复测合格后，可以进行沟槽开挖。土方开挖断面图详见附图。在施工前采取挖探和钻探的方法查明与施工相关地下情况，调查的主要内容有：各沟槽段的地下水位和土质情况，地下各种电缆的具体位置，施工沟渠与已建的沟渠、构筑物衔接的平面位置和高程校对等，以便合理地采取相应的措施。根据现场实际情况，沟槽开挖的方法应根据沟槽的断面形式、地下的复杂程度、土质坚硬程度、工作量和施工场地的大小以及机械配备、劳动力条件等条件确定，采用人工与机械相结合的形式开挖。即探明管线后，管线密集和机械不能到达的位置采用人工开挖。开挖沟槽用反铲挖掘机进行开挖

（70%），人工辅助配合（30%）。接近路边的沟槽无法放坡,则采用拉森钢板桩支护。沟槽挖土方用自卸车外运至指定地点弃土。在开挖前，现场施工员向司机及土方工详细交底（沟槽的断面，开挖的次序）。在开挖过程中由管理人员在现场指挥并经常检查沟槽的净空尺寸和中心位置，确保沟槽中心偏移符合规范要求。管沟槽底层开挖的宽度按本次管槽需要保证的工作面进行开挖。开挖时，随时测量监控，保证开挖边坡、基坑尺寸，轴线、槽底的高程应达到沟槽验收规定的要求。

槽底最小宽度表

注：有支撑沟槽的支撑宽度未计入内。

机械开挖沟槽时应注意下列事项：

1、为保证槽底土壤不被扰动或破坏，在用机械挖土时，要防止超挖，挖至离设计标高200-300mm时用人工开挖、捡平，尽量避免超挖现象。若有超挖，应将扰动部分清除，并必须用中砂或石屑回填，并用平板震动器振实。开挖要保证连续作业，衔接工序流畅，同时要注意边坡土体变化，出现问题及时处理。减少意外事故。

2、对地下管线和各种构筑物应尽量能临时迁移，如无法迁移，必须挖出使其外露，须采取吊、托等加固措施，同时对挖掘机作详细交底，如无把握，应改为人工挖土。

3、在工作量不大、地面狭窄、地下有障碍物或无机械施工条件等情况下，采用人工开挖。人工开挖沟槽，应集中人力尽快挖成，转入下一工序施工。

人工开挖时应注意下列事项：

1、沟槽应分段开挖，并应确定开挖顺序和分层开挖深度，若有坡度，应由低向高处进行。

2、开挖人员不应分布过密，以间隔5m为宜，在开挖过程中和敞沟期间应保持沟壁完整，防止坍塌，必要时应支撑保护。

3、开挖沟槽遇有管道、电缆或其它构筑物时，应严加保护，并及时与有关单位联系，会同处理。

4、沟槽检查验收：沟槽开挖完成后，进行检查验收。检查项目包括开挖断面、槽底标高、轴线位置、沟槽边坡等。沟槽开挖允许偏差和检查方法见下表：

沟槽开挖允许偏差和检查方法

开挖出来的土方，其中施工道路一侧的土壤，应及时将部分直接装车清走，以便留出工作面进行下一工序和堆放材料。

4. 先导孔施工阶段

根据设计钻进路径图，调整好钻杆入土角，逐根钻进。每钻进一根钻杆测量其深度及方向，做好钻进路径统计表记录。在地表测量点做好标记，以方便二次钻进时核对深度及位置。

导向：导向时一定要严格按照设计轨迹施工。应避免走“S”形。导向钻头和地下管线间应留足够的安全距离。

要求每一根钻杆的深度误差范围控制在±0.20米以内轴向偏差范围控制在±0.30米以内。记录好钻进过程中的扭矩，推力，泥浆流量，泥浆压力，角度改变量。

①测量放线：根据钻机中心线与入土点、出土点成一条直线的原则，按施工布置图和穿越轴线将钻机及附属配套设备安放在预定位置，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。

②开挖工作坑：工作坑开挖尺寸为长2.5m宽为2m深为1.5m。工作坑开挖必须符合设计图纸的要求。

③机具就位：钻机进场后，检查机具的运作情况，及时记录。机具摆放应距工作井1m以上，防止机具震动造成土塌方，钻机就位必须在穿越曲线的同一方向上。钻机就位后进行系统连接、试运转，保证设备正常工作，各系统运转正常后试转，各种参数正常后按次序钻进。

④泥浆的配备及利用：非开挖工程中泥浆的使用尤为重要，泥浆的主要作用包括排除钻屑、保护孔壁、堵漏、平衡地层压力、冷确钻头、润滑钻具与孔壁、软化硬岩土和进行导向水射流等。施工用水以就近原则，在现场设立泥浆用水的集水罐车，加入适量的苏打粉进行漂白、沉淀使施工用水达到泥浆用水的水质规范。为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不能改变的情况下，我们采取增加泥浆的储存的数量。

为了维持孔壁的稳定，提高泥浆携带能力通常加入化学添加剂来改善泥浆的流变特性，使之能适用于不同的地层情况。泥浆添加剂有：磺化沥青（降滤失）、水解聚丙烯酰胺（提粘、护壁）、防塌降滤失剂、CMC和润滑剂。

泥浆的用量公式：V=π/4(D2-d2)LA=3.14/4(0.382-0.322)×105×4=11.64m3

V----所需泥浆用量 D----扩孔外径（米） d----小孔直径（米）

L----穿越总长(米) A----系数（取3～5）

膨润土、化学泥浆和添加剂用量参考表

沙层泥浆添加剂用量

粘土层泥浆添加剂用量

粘土层泥浆添加剂用量

清孔不好会导致：

1钻进速度减慢，扭矩、拉力增大，延误工期；

2增加阻力，无形中加大机器功率，减少使用设备寿命，加快钻具磨损；

3抱死钻杆、钻具，造成“糊钻”；

4造成孔道淤塞；

5泥浆回流不畅，从而导致地面冒浆和泥浆流失。

⑤导向孔穿越：通过导向探测仪查核、校正钻杆的水平和方向，确保穿越达到设计要求，穿越过程中按画好的标志，每隔3米校正一次钻头的位置，以确保穿越精度。

⑥管焊接时操作步骤：

1、铣削装置、加热板、液压系统的电源必须是380V的交流电。

2、加热板上装有两指示灯（绿色与红色），绿灯用于指示通电状态，红灯用于指示温度状态，红灯不亮表明设定温度未到，红灯亮或闪烁表明加热板处于保温状态。

3、加热板由通电到保温状态，大约需要20分钟，达到设定温度后，应等10分钟后再进行焊接，以使加热板的整个面温度更加均匀。

4、安装管材时，两管材端面间应留出足够的距离以便安装铣刀。闭合夹具，两端面应有效接触，此时液压缸应尚未达到最大行程，以保证正确的焊接工艺要求。（若是D100～D200的管材，直接用机架夹紧）

5、铣削完毕，应首先降低压力，然后打开夹具，最后铣刀停转，以达到最佳的铣削效果。

6、从机架上取下铣刀与加热板时，注意不要碰伤管材端面。

7、焊接过程中，（压力的变化见表）拖动压力P是液压系统克服最大静摩擦力后能拖动管材与可动夹具所需的最小压力。焊接过程中，要将拖动压力叠加到各个压力参数中去，所以，正确的焊接压力为拖动压力和表中压力总和。根据下表，本工程敷设Ф160的HDPE管，固溶接压力应调到21.3PSI。

拖管压力数据表

8、吸热过程中，拖动压力是使管材端面与加热板表面保持接触所需的最小压力。焊接压力近似等于拖动压力。

注意：焊接过程中，要保持管材端面与加热板的表面的清洁。铣削后管材端面不能用手触摸。只有保证了管材端面的清洁和加热板表面的洁净，熔接后才能得到合格的焊口。闭合夹具，使管材保持接触，但不要让管材发生撞击或是错位。

取下铣刀，闭合夹具，检查两管材对接面的间隙，间隙量不得大于规定值。两管材表面的错位一般不能超过管材壁厚的10%（不足1mm的按

1mm计）。端面闭合后的两管端的错位值不能超过下表要求：

5. 扩孔阶段

回扩孔采用挤扩器逐级进行扩孔，最终最大成孔直径为Ф324mm。扩孔时，应使用根据地层实际情况配置的泥浆，确保孔壁稳定，泥浆流动顺畅。当第一级扩孔时，减慢扩孔速度，同时减小泵压，以排出孔内多余渣土，对成孔内壁做进一步稳固。

回扩：扩孔直径为敷管直径的 1.2～1.5倍。扩孔时按不同土层配置不同的泥浆，扩孔按设计应逐级回扩，一般不宜跃级。

导向孔完成后，必须扩大至适合成品管敷设的直径，一般情况下，扩孔器是在钻机对面的钻头出土处连接在钻杆上，再回拉进入导向孔，随着扩孔器的回扩，要在其后不断的加接钻杆。根据导向孔与适合成品管铺设的直径差异大小和地层情况，扩孔可一次或多次进行，最适宜扩孔直径按下式计算：

Ｄ=Ｋ×Ｄ１=380mm

其中：Ｄ表示适合成品管敷设的钻孔直径

Ｄ１表示成品管外径

K表示经验系数，一般K=1.2~1.5

根据本工程的敷设管径，采用分多级扩孔从Φ250→Φ300→Φ380而后进行管孔修整。回扩时泥浆的配备必须根据土质的实际情况进行，使孔洞形成良好的通道，保证施工质量。